JP5091479B2 - Carbon dioxide recovery - Google Patents
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Description
本発明は、不連続的に運転される1つ又は複数の処理手段からの二酸化炭素、共溶媒及び汚染物流から二酸化炭素を回収する方法及びシステムに関する。 The present invention relates to a method and system for recovering carbon dioxide from carbon dioxide, co-solvents and contaminated streams from one or more processing means operated discontinuously.
二酸化炭素(CO2)に基づくシステムは電子産業、特に半導体部品の製造において重要性を増している。CO2に基づくシステムは、化学的流体堆積、フォトレジスト堆積、及びフォトレジストの現像と除去を含む多くの作業に利用することができる。例えば、超臨界的なCO2は半導体ウェーハからフォトレジスト(すなわち汚染物)を除去するのに利用することができる。 Carbon dioxide (CO 2 ) based systems are gaining importance in the electronics industry, particularly in the manufacture of semiconductor components. CO 2 based systems can be utilized for many tasks including chemical fluid deposition, photoresist deposition, and photoresist development and removal. For example, supercritical CO 2 can be used to remove photoresist (ie, contaminants) from a semiconductor wafer.
表面に汚染物を有するウェーハは処理手段を含むいくつかの洗浄チャンバ中に置かれる。二酸化炭素及び水又はアセトンなどの1種又は複数種の共溶媒はこのチャンバ中に注入され、ウェーハが洗浄される。この洗浄プロセスの少なくとも一部の間に、チャンバ温度及び圧力は二酸化炭素の超臨界温度及び超臨界圧力に合致し又はそれを超える。次いで、二酸化炭素、共溶媒、及び汚染物はチャンバの圧力が大気まで戻るようにチャンバから排気される。処理手段が減圧される際の二酸化炭素と共溶媒の損失量を最小にするために、二酸化炭素、共溶媒及び汚染物を含有する流れを処理手段から離れさせるバルブができるだけ処理手段の近くに配置される。次いで、清浄なウェーハはチャンバから取り除かれる。 Wafers with contaminants on the surface are placed in several cleaning chambers containing processing means. Carbon dioxide and one or more co-solvents such as water or acetone are injected into the chamber and the wafer is cleaned. During at least part of this cleaning process, the chamber temperature and pressure meet or exceed the carbon dioxide supercritical temperature and pressure. The carbon dioxide, co-solvent, and contaminants are then evacuated from the chamber so that the chamber pressure returns to the atmosphere. In order to minimize the loss of carbon dioxide and co-solvent when the processing means is depressurized, a valve that separates the stream containing carbon dioxide, co-solvent and contaminants from the processing means is located as close to the processing means as possible. Is done. The clean wafer is then removed from the chamber.
典型的に、処理手段から排気される二酸化炭素、共溶媒及び汚染物を含有する流れは、これらの物質が有害になり得るので、大気に排気する前にそれらの物質を洗浄する必要がある。さらに、CO2の消費と全体的なコストを最小にするために、排気流に含まれる二酸化炭素の少なくとも一部を精製し再循環することがしばしば望まれる。 Typically, streams containing carbon dioxide, co-solvents and contaminants exhausted from the processing means may need to be cleaned before venting to the atmosphere as these materials can be harmful. Furthermore, in order to minimize the consumption and overall cost of CO 2, it is often desirable to recycle to purify at least part of the carbon dioxide contained in the exhaust stream.
いくつかの二酸化炭素回収システムが関連技術に提案された。例えば、米国特許第4,349,415号及び第4,877,530号は、二酸化炭素用装置(すなわち処理手段)が二酸化炭素の三重点を超える一定の圧力で運転する方法を開示している。これらの開示において、二酸化炭素は、ラフィネートから抽出物を除去する連続抽出器に使用され、抽出物に富む流れとラフィネートに富む流れを形成する。抽出物に富む流れは大部分の二酸化炭素を含み、連続的に精製と再循環手段を通過する。また、ラフィネートに富む流れは、少量の二酸化炭素も含み、相分離器に送られる。相分離機は、さらにラフィネート含有量を高めた液体と二酸化炭素に富む蒸気流を生成する。二酸化炭素に富む蒸気流は、流れのあらゆる変動を減衰させるために保持タンクに送られ、次いで圧縮され再循環される。 Several carbon dioxide capture systems have been proposed in the related art. For example, U.S. Pat. Nos. 4,349,415 and 4,877,530 disclose a method in which the carbon dioxide device (i.e., the processing means) operates at a constant pressure above the triple point of carbon dioxide. . In these disclosures, carbon dioxide is used in a continuous extractor to remove the extract from the raffinate, forming an extract rich stream and a raffinate rich stream. The extract-rich stream contains the majority of carbon dioxide and continuously passes through purification and recycling means. The raffinate rich stream also contains a small amount of carbon dioxide and is sent to the phase separator. The phase separator produces a liquid stream rich in raffinate content and a vapor stream rich in carbon dioxide. The vapor stream rich in carbon dioxide is sent to a holding tank to attenuate any fluctuations in the flow, and then compressed and recycled.
米国特許第4,349,415号及び第4,877,530号に記載された方法は連続的に運転されるので、抽出器の圧力は大気のレベルまでは絶対に下がらない。したがって、相分離器は下流のプロセスに適応する任意の圧力で運転することができる。相分離器は、二酸化炭素に富む蒸気流を、最初に圧縮を行わずに保持タンクなどの他の装置へ移動することができるように、大気圧を越える圧力で運転することが望ましい。また、大気圧を超える圧力で相分離器を運転することは、必要な保持タンクの容量と圧縮力を低減するであろう。 Since the processes described in US Pat. Nos. 4,349,415 and 4,877,530 are operated continuously, the pressure in the extractor never drops to atmospheric levels. Thus, the phase separator can be operated at any pressure that accommodates downstream processes. The phase separator is preferably operated at a pressure above atmospheric pressure so that the vapor stream rich in carbon dioxide can be transferred to other devices such as a holding tank without first being compressed. Also, operating the phase separator at a pressure above atmospheric pressure will reduce the required holding tank capacity and compression force.
米国特許第4,349,415号及び第4,877,530号に記載された処理用装置(すなわち抽出器)が、他の関連技術に記載されるようにバッチ式に運転されるならば、いくつかの問題が発生するであろう。処理用装置の圧力をその運転の間大気のレベルまで低減する必要が出てくるであろう。これは分離器を大気圧で運転する必要性を生じるであろう。したがって、二酸化炭素に富む蒸気流を保持タンクなどの他の装置へ移動するためには、圧縮が必要であろう。代わりに、分離器は大気圧を超えた圧力で運転することができよう。これは抽出器に残る分離器の運転圧力以下のいかなる蒸気であっても、排出流として排出するために輸送する必要がある。この排出流は、蒸気、液体及び固体のいくつかの組合せのような多相流として存在するであろう。この排出すべき多相流の移動は非常に困難であり、例えば固体と液体の析出のために下流の装置に悪影響を与えるであろう。排出流は、分離器に送ることができるように圧縮することができる。しかし、これはさらなる圧縮装置の使用を必要とし、大きなコスト増加を招く。さらに、これらの特許に開示された二酸化炭素用装置は連続的であるので、下流のプロセスへ一定の流れを維持することには関係ない。 If the processing equipment (ie, the extractor) described in US Pat. Nos. 4,349,415 and 4,877,530 is operated batchwise as described in other related arts, Several problems will occur. It will be necessary to reduce the pressure of the processing equipment to atmospheric levels during its operation. This will result in the need to operate the separator at atmospheric pressure. Thus, compression will be required to move the vapor stream rich in carbon dioxide to other devices such as holding tanks. Instead, the separator could be operated at pressures above atmospheric pressure. This requires that any steam below the separator operating pressure remaining in the extractor be transported for discharge as an exhaust stream. This exhaust stream will exist as a multiphase stream such as some combination of vapor, liquid and solid. This movement of the multiphase flow to be discharged is very difficult and will adversely affect downstream equipment due to, for example, solid and liquid deposition. The effluent stream can be compressed so that it can be sent to a separator. However, this requires the use of additional compression devices, resulting in a significant cost increase. In addition, the carbon dioxide devices disclosed in these patents are continuous and are not involved in maintaining a constant flow to downstream processes.
国際公開WO02/085528は、単一分離容器を使用する方法について記述しており、二酸化炭素用装置を離れる液体二酸化炭素又は超臨界二酸化炭素の品質を向上させ再循環させるために、広範囲の圧力で運転される。容器は膨張−凝縮器と呼ばれ、バッチ式で運転される。二酸化炭素用装置を離れる液体はポンプで高圧液体保持タンクへ送られる。この保持タンクから取り出された液体は、物理的に保持タンク内に配置された膨張−凝縮器へ送られる。 International Publication No. WO 02/085528 describes a method of using a single separation vessel, with a wide range of pressures to improve and recycle the quality of liquid carbon dioxide or supercritical carbon dioxide leaving the carbon dioxide device. Driven. The vessel is called an expansion-condenser and is operated in batch mode. The liquid leaving the carbon dioxide device is pumped to a high pressure liquid holding tank. The liquid removed from the holding tank is sent to an expansion-condenser that is physically located in the holding tank.
膨張−凝縮器中の液体のレベルが所望の値に達するとき、その供給は停止される。次いで、膨張−凝縮器に関する圧力は徐々に下げられて、当初高レベルの共溶媒及び汚染物を含有するが、膨張−凝縮器の圧力が低下すると共溶媒と汚染物を含まない蒸気流が形成される。蒸気流に関する共溶媒及び汚染物のレベルが許容レベルまで低下すると、蒸気流は放出され再循環される。 When the level of liquid in the expansion-condenser reaches the desired value, the supply is stopped. The pressure on the expansion-condenser is then gradually reduced to initially contain a high level of co-solvents and contaminants, but when the expansion-condenser pressure is reduced, a co-solvent and contaminant-free vapor stream is formed. Is done. When the co-solvent and contaminant levels for the vapor stream are reduced to an acceptable level, the vapor stream is released and recycled.
膨張−凝縮器はバッチ式で運転されるので、連続的な蒸気流は生成されず、これは下流の装置に悪影響を及ぼす。この相分離システムの他の悪影響としては、特に腐食性物質が存在する場合、特殊なシステムを使用すること、及び圧縮/ポンプデバイスの設計の困難さのためにコスト高になることがある。最終的に、二酸化炭素用装置を離れる二酸化炭素、共溶媒及び汚染物質含有流を保持タンクへポンプを用いて移動することは困難である。なぜなら、二酸化炭素用装置が減圧されると、この流れが液体相から多相へ、気相へ変化するからである。さらに、膨張−凝縮器の圧力が大気圧に近づくと、相分離器を離れる二酸化炭素蒸気は、圧縮手段中に捕捉された腐食性元素に耐性がある圧縮手段をさらに必要とする。 Since the expansion-condenser is operated in a batch mode, no continuous vapor stream is generated, which adversely affects downstream equipment. Other adverse effects of this phase separation system can be costly due to the use of special systems and the difficulty in designing compression / pump devices, especially when corrosive substances are present. Finally, it is difficult to pump carbon dioxide, co-solvent and pollutant containing streams leaving the carbon dioxide device to the holding tank using a pump. This is because when the carbon dioxide device is depressurized, this flow changes from the liquid phase to the multiphase to the gas phase. Further, as the expansion-condenser pressure approaches atmospheric pressure, the carbon dioxide vapor leaving the phase separator further requires a compression means that is resistant to the corrosive elements trapped in the compression means.
最後に、関連技術には二酸化炭素用装置を離れる二酸化炭素、共溶媒及び汚染物含有流から二酸化炭素を分離する多相分離器の使用についての記述がある。米国特許出願第2001/0050096号はそれらの方法について記載している。そこに記載された方法において、処理手段を離れる二酸化炭素、共溶媒及び汚染物含有流に関する圧力は低減される。得られる中間圧力の流れは加熱された中間圧力の相分離器へ送られ、二酸化炭素に富む蒸気流と共溶媒及び汚染物に富む液体流を生成する。二酸化炭素に富む蒸気流は濾過され、第1の凝縮器へ送られ、そこから二酸化炭素よりも高い蒸気圧を有する物質が排出される。中間圧力の相分離器を離れる共溶媒及び汚染物に富む液体流は、大気圧よりもいくらか高い圧力へ減圧されて低圧分離器へ送られ、共溶媒に富む蒸気流と汚染物に富む液体流を生成する。共溶媒に富む蒸気流は第2の凝縮器へ送られ、共溶媒よりも揮発性のある物質が排出される。低圧相分離器を離れる汚染物に富む液体流は廃棄のために集められる。 Finally, the related art describes the use of multiphase separators to separate carbon dioxide from carbon dioxide, co-solvent and contaminant-containing streams leaving the carbon dioxide device. US Patent Application 2001/0050096 describes these methods. In the process described there, the pressure on the carbon dioxide, cosolvent and contaminant-containing stream leaving the processing means is reduced. The resulting intermediate pressure stream is sent to a heated intermediate pressure phase separator to produce a vapor stream rich in carbon dioxide and a liquid stream rich in cosolvents and contaminants. The vapor stream rich in carbon dioxide is filtered and sent to the first condenser, from which substances having a higher vapor pressure than carbon dioxide are discharged. The co-solvent and contaminant rich liquid stream leaving the intermediate pressure phase separator is depressurized to a pressure somewhat above atmospheric pressure and sent to the low pressure separator, where the cosolvent rich vapor stream and the contaminant rich liquid stream. Is generated. The vapor stream rich in co-solvent is sent to a second condenser, where substances that are more volatile than the co-solvent are discharged. The pollutant rich liquid stream leaving the low pressure phase separator is collected for disposal.
米国特許出願第2001/0050096号の多相分離器に関する欠点のひとつは、中間相分離器とその下流に配置された運転の大部分が連続的に運転するよう設計されていることである。連続運転を保証するために、二酸化炭素、共溶媒及び汚染物含有流体が処理手段から排出されないとき、二酸化炭素は該手段を迂回し、中間圧力の相分離器へ送られる。通常処理手段へ供給される二酸化炭素を加圧するために用いられた力が迂回路によって放出されるため、方法が非効率になる。 One disadvantage associated with the multiphase separator of US Patent Application 2001/0050096 is that the intermediate phase separator and most of the operations located downstream are designed to operate continuously. To ensure continuous operation, when carbon dioxide, co-solvent and contaminant-containing fluid are not discharged from the processing means, the carbon dioxide bypasses the means and is sent to an intermediate pressure phase separator. The process becomes inefficient because the force used to pressurize the carbon dioxide normally supplied to the treatment means is released by the detour.
さらに、中間圧力の相分離器が連続的に運転されるので、その圧力は大気近くまで低下することができない。したがって、処理手段の圧力は、その内容物をこの分離器へ放出することによって大気まで低下することができない。処理手段の圧力を大気まで低下させるためには、中間圧力の相分離器に伴う圧力と等しい、及びそれ未満の圧力で存在する液体を、前述の全ての容器から独立した他の容器へ放出させる。この容器は加熱されて、その中へ入る全ての物質を完全に気化する。得られる蒸気は排気洗浄システムへ送られる。いくつかの共溶媒及び汚染物は非常に低い蒸気圧を有するので、この容器はその内容物を完全に気化するために大気よりも高く加熱する必要があろう。この容器を離れる蒸気が排気洗浄システムへ移動すると、ヒートシンクのために冷却されるであろう。その結果、これらの非常に低い蒸気圧の物質は再凝縮し、プロセス配管上に堆積し、上述の多相流の問題が発生する。これらの悪影響は共溶媒が腐食性である場合に大きくなる。 Furthermore, since the intermediate pressure phase separator is operated continuously, the pressure cannot be reduced to near atmospheric. Thus, the pressure of the processing means cannot be reduced to the atmosphere by discharging its contents into this separator. In order to reduce the pressure of the processing means to the atmosphere, the liquid present at a pressure equal to and less than that associated with the intermediate pressure phase separator is discharged into another container independent of all the aforementioned containers. . The container is heated to completely vaporize any material that enters it. The resulting vapor is sent to an exhaust cleaning system. Some co-solvents and contaminants have very low vapor pressures, so this vessel will need to be heated above the atmosphere to fully vaporize its contents. As the vapor leaving this container moves to the exhaust cleaning system, it will be cooled for the heat sink. As a result, these very low vapor pressure materials recondense and accumulate on the process piping, causing the multiphase flow problems described above. These adverse effects are exacerbated when the co-solvent is corrosive.
この方法に伴う追加の欠点は、中間圧力の相分離器を離れ、最終的に処理手段へ際循環される二酸化炭素に富む蒸気は、共溶媒/汚染物の物質に関する蒸気圧が小さくないので、それに伴う共溶媒/汚染物のレベルが大きくなることである。したがって、処理手段が汚染されることがある。さらに、腐食性共溶媒が使用されるならば、それらは第1凝縮器の下流の再循環二酸化炭素を加圧する圧縮機又はポンプに損傷を与え得る。 An additional disadvantage with this method is that the carbon dioxide rich vapor leaving the intermediate pressure phase separator and finally circulating to the processing means is not low in vapor pressure with respect to the cosolvent / contaminant material. The associated co-solvent / contaminant level is increased. Therefore, the processing means may be contaminated. In addition, if corrosive cosolvents are used, they can damage the compressor or pump that pressurizes the recycled carbon dioxide downstream of the first condenser.
米国特許出願第2002/0023662号は、抽出器を離れる、溶媒と汚染物含有流を分離するための多段蒸留カラムを使用するプロセスを記述している。そこで記述されているように、抽出用装置は粘土などの固体吸着剤による汚染を除去する。可能性のある溶媒として超臨界二酸化炭素がリストされている。抽出器を離れる溶媒及び汚染物含有液体は保持タンクへ送られて、バッチ式抽出運転による流量の変動が取り除かれる。液体はポンプでこの保持タンクから第1蒸留カラムへ送られ、第1の溶媒に富む流れと第1の汚染物に富む流れが生成される。第1の溶媒に富む流れはさらに精製することなく抽出器へ再循環される。したがって、多段蒸留カラムが必要となる。蒸留カラムは連続供給が必要であり、保持タンクが必要になる。さらに、カラムは再沸騰されるので、純粋な液体溶媒をカラムの頂部へ供給しなければならない。溶媒及び汚染物含有流は純粋な液体溶媒ではないので、いくらかの生成溶媒流は凝縮させてカラムへ再循環させなければならず、効率が悪くなる。 US Patent Application 2002/0023662 describes a process that uses a multistage distillation column to separate a solvent and contaminant-containing stream leaving an extractor. As described there, the extraction device removes contamination from solid adsorbents such as clay. Supercritical carbon dioxide is listed as a possible solvent. Solvent and contaminant-containing liquid leaving the extractor is sent to a holding tank to eliminate flow rate fluctuations due to batch extraction operations. Liquid is pumped from this holding tank to the first distillation column, producing a first solvent rich stream and a first contaminant rich stream. The first solvent rich stream is recycled to the extractor without further purification. Therefore, a multistage distillation column is required. Distillation columns require continuous feed and a holding tank. Furthermore, since the column is reboiled, a pure liquid solvent must be fed to the top of the column. Since the solvent and contaminant-containing stream is not a pure liquid solvent, some product solvent stream must be condensed and recycled to the column, resulting in inefficiencies.
第1の汚染物に富む流れは第2の分離蒸留カラムへ送られ、第2の溶媒に富む流れと本質的に純粋な汚染物流が生成される。汚染物が望ましい生成物であるので、蒸留カラムが必要である。溶媒に富む流れは凝縮され、ポンプで第1分離手段へ再循環される。本質的に純粋な汚染物流は収集され廃棄又は再使用される。 The first contaminant rich stream is sent to a second separation distillation column to produce a second solvent rich stream and an essentially pure contaminant stream. A distillation column is necessary because contaminants are the desired product. The solvent rich stream is condensed and recirculated to the first separation means by a pump. An essentially pure contaminated stream is collected and discarded or reused.
このシステムに伴うさらなる欠点は、二酸化炭素が大気圧近くで液体として存在しないので、保持タンクの圧力を大気近くまで低下させることができないことである。したがって、抽出器の圧力は、その内容物を保持タンクへ放出することによって大気まで低下させることができない。抽出器の圧力を大気まで低下させるために、保持タンクに関する圧力と等しい圧力、及びそれ未満の圧力で抽出器に含まれる液体は、第2の蒸留カラムへ放出される。これは、不連続的な供給ではそれらのカラムの分離がいずれにしろ良くないので、運転上の大きな問題になる。さらに、溶媒が超臨界二酸化炭素であれば、二酸化炭素は大気圧で液体として存在することができないので、第2の蒸留カラムは十分機能しないであろう。二酸化炭素は第2カラム中で固体として存在しやすく、カラムの詰まりを招きやすい。 A further disadvantage with this system is that the pressure in the holding tank cannot be reduced to near atmosphere because carbon dioxide does not exist as a liquid near atmospheric pressure. Therefore, the pressure of the extractor cannot be lowered to the atmosphere by discharging its contents into the holding tank. In order to reduce the extractor pressure to the atmosphere, the liquid contained in the extractor at a pressure equal to and less than that for the holding tank is discharged into the second distillation column. This is a major operational problem because the separation of these columns is not good anyway in a discontinuous feed. In addition, if the solvent is supercritical carbon dioxide, the second distillation column will not function well because carbon dioxide cannot exist as a liquid at atmospheric pressure. Carbon dioxide is likely to be present as a solid in the second column, which tends to clog the column.
第1の蒸留カラムを相分離器で置き換えた場合のさらなる欠点は、この相分離器を離れる二酸化炭素に富む蒸気は、これらの物質に関する蒸気圧が小さくないので、高レベルの汚染物を含むことであろう。さらなる分離手段が使用されないので、抽出器は汚染されるであろう。さらに、腐食性溶媒が使用されるならば、それらは再循環される二酸化炭素を加圧する圧縮器又はポンプを損傷させ得る。したがって、相分離器の使用は許容できない。 A further disadvantage of replacing the first distillation column with a phase separator is that the carbon-rich vapor leaving this phase separator contains high levels of contaminants because the vapor pressure for these materials is not small. Will. Since no further separation means are used, the extractor will be contaminated. Furthermore, if corrosive solvents are used, they can damage the compressor or pump that pressurizes the recycled carbon dioxide. Therefore, the use of a phase separator is not acceptable.
本発明の目的は、関連技術の欠点を克服するために、少なくとも1つのバッチ式処理手段から放出された不連続的な二酸化炭素流から二酸化炭素を回収する方法及びシステムを提供することである。 It is an object of the present invention to provide a method and system for recovering carbon dioxide from a discontinuous carbon dioxide stream released from at least one batch processing means to overcome the disadvantages of the related art.
本発明の他の目的は、処理手段が大気圧力に対して排気できるようにすることである。 Another object of the present invention is to allow the processing means to evacuate to atmospheric pressure.
本発明のさらなる目的は、酸や塩基などの、腐食性、有毒又は有害な物質を含む流れを精製及び/又は排気洗浄システムにさらに移動することである。 It is a further object of the present invention to further move streams containing corrosive, toxic or harmful substances such as acids and bases to a purification and / or exhaust cleaning system.
本発明のさらなる目的は、処理手段の運転中に、さらなる精製システムへの供給に伴うプロセス条件の変動を減衰させることである。 It is a further object of the present invention to attenuate process condition fluctuations associated with feeding to further purification systems during operation of the processing means.
本発明の他の目的及び態様は、当業者であれば明細書、図面及び本明細書に添付される特許請求の範囲を検討することによって明らかになるであろう。 Other objects and aspects of the present invention will become apparent to those skilled in the art upon review of the specification, drawings, and claims appended hereto.
前述の目的は本発明のシステム及び方法によって満たされる。本発明の第1の態様によれば、少なくとも1つのバッチ式処理手段からの少なくとも1つの二酸化炭素含有流を精製するシステムが提供される。該システムは、
(a)少なくとも1つのバッチ式処理手段から、少なくとも二酸化炭素、1種又は複数種の溶媒、及び1種又は複数種の汚染物を含む、少なくとも1種の汚染された流れを取り除き、多相汚染流を生成する各汚染流の圧力を低下させるステップと、
(b)各多相汚染流を少なくとも1個の中間圧力分離器へ運ぶステップと、
(c)多相汚染流を、主として各中間圧力分離器中で、主として蒸気溶媒を含む、中間圧力の二酸化炭素に富む流れと、汚染物に富む流れとに分離するステップと、
(d)多相汚染流の輸送を低圧分離器へ切り換えるステップと、
(e)ステップ(d)の多相汚染流を、低圧分離器中で、低圧の二酸化炭素に富む流れと低圧の溶媒及び汚染物に富む流れに分離するステップとを含む。
The foregoing objects are met by the system and method of the present invention. According to a first aspect of the present invention, a system for purifying at least one carbon dioxide-containing stream from at least one batch process means is provided. The system
(A) removing at least one contaminated stream comprising at least one carbon dioxide, one or more solvents, and one or more contaminants from at least one batch processing means, and multiphase contamination; Reducing the pressure of each contaminated stream producing the stream;
(B) carrying each multiphase contaminated stream to at least one intermediate pressure separator;
(C) separating the multiphase pollutant stream into an intermediate pressure carbon dioxide rich stream and a pollutant rich stream, mainly in each intermediate pressure separator, mainly comprising a vapor solvent;
(D) switching the transport of the multiphase contaminated stream to a low pressure separator;
(E) separating the multiphase contaminated stream of step (d) into a low pressure carbon dioxide rich stream and a low pressure solvent and contaminant rich stream in a low pressure separator.
本発明の他の態様によれば、少なくとも1個の処理手段からの少なくとも1つの二酸化炭素含有流を精製するシステムが提供される。 According to another aspect of the invention, a system for purifying at least one carbon dioxide-containing stream from at least one processing means is provided.
該システムは、
(a)1種又は複数種の第1の共溶媒及び精製二酸化炭素を1つ又は複数の処理手段へ供給し、各処理手段中で第1の汚染流を形成するステップと、
(b)多相の形態の各第1の汚染流を少なくとも1個の第1の中間圧力又は低圧力分離器へ運び、第1の汚染流を分離するステップと、
(c)1種又は複数種の第2の共溶媒及び精製二酸化炭素を処理手段へ供給し、処理手段中で第2の汚染流を形成するステップと、
(d)多相の形態の各第2の汚染流を少なくとも1個の第2の中間圧力又は低圧力分離器へ運び、第2の汚染流を分離するステップとを含む。
The system
(A) supplying one or more first co-solvents and purified carbon dioxide to one or more treatment means to form a first contaminated stream in each treatment means;
(B) conveying each first contaminated stream in multiphase form to at least one first intermediate pressure or low pressure separator to separate the first contaminated stream;
(C) supplying one or more second co-solvents and purified carbon dioxide to the processing means to form a second contaminated stream in the processing means;
(D) conveying each second contaminated stream in multiphase form to at least one second intermediate pressure or low pressure separator and separating the second contaminated stream.
本発明の目的及び利点は、添付の図面と共にその好ましい実施形態の詳細な以下の説明から明らかになるであろう。同様の数字は同じ形を表す。 Objects and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of the preferred embodiments thereof, taken in conjunction with the accompanying drawings. Similar numbers represent the same shape.
本発明において、二酸化炭素含有流が、1個又は複数個の処理チャンバを含む1つ又は複数の処理手段から取り除かれる。処理手段は、チャンバ中の圧力を大気条件へ放出して、不連続式又はバッチ式で運転される。処理手段から取り出された汚染物含有流は1個又は複数個の圧力容器へ運ばれ、そこで流れは二酸化炭素蒸気流と液体汚染物含有流へ分離される。詳細には、手段を出る二酸化炭素含有流は以下の非制限的な実施形態によって処理し、さらに使用するために処理チャンバへ再循環して戻すことができる。 In the present invention, the carbon dioxide containing stream is removed from one or more processing means including one or more processing chambers. The processing means is operated in a discontinuous or batch mode, releasing the pressure in the chamber to atmospheric conditions. The contaminant-containing stream removed from the treatment means is conveyed to one or more pressure vessels where it is separated into a carbon dioxide vapor stream and a liquid contaminant-containing stream. Specifically, the carbon dioxide-containing stream exiting the means can be processed according to the following non-limiting embodiments and recycled back to the processing chamber for further use.
図1は本発明の一態様による処理システムの概要図を示す。精製された二酸化炭素流1及び1種又は複数種の共溶媒2及び3は処理手段10へ運ばれる。処理手段10は、互いに独立に運転することのできる1個又は複数個のチャンバ4、5を含むことができることが認められよう。手段は二酸化炭素流が少なくともその運転時間の一部で、近臨界、臨界、又は超臨界になるように運転される。本明細書に用いられる用語の臨界及び超臨界二酸化炭素は、当業者であれば、CO2の超臨界温度及び圧力、典型的に、それぞれ87.8°F及び1085psiaに等しい、又はそれ以上の温度及び圧力を有することであることを容易に理解するであろう。近臨界の二酸化炭素は−49°F〜87.8°Fの温度、及び1085psia以上又は等しい圧力で存在する。John McHandyら、Noyes Publications,Copyright,1998の超臨界流体洗浄の基礎技術及び応用(Supercritical Fluid Cleaning Fundamentals Technology and Applications)を参照されたい。その中で、二酸化炭素及び共溶媒が組合わされ、フォトレジスト除去を含む任意の数の作業のひとつを行う。これらの共溶媒は水及びアセトンを含んで広範囲に選択することができる。したがって、処理手段10を出る排出物は二酸化炭素、共溶媒及び汚染物(例えばフォトレジストなどの不揮発性物質)である。
FIG. 1 shows a schematic diagram of a processing system according to one aspect of the present invention. Purified carbon dioxide stream 1 and one or more co-solvents 2 and 3 are conveyed to processing means 10. It will be appreciated that the processing means 10 may include one or
チャンバ4及び5を出る流れ20、30は、当初はそれぞれ処理手段の運転圧力である。無論、運転圧力及び温度は実施される運転による。処理手段の適切な最大運転圧力範囲は、約800〜5000psigである。適切な運転温度範囲は、約−50〜300°Fである。流れ20、30は高圧バルブ21、31を通過させて処理チャンバを典型的に200〜800psigの低圧へ減圧させる。特別の理論に束縛されることは望まないが、超臨界条件において、処理チャンバを出る流れは単一相の混合物として存在してもよく、或いは存在しなくてもよい。しかし、流れが処理手段を出て、低圧へ絞られると、流れは多相になる。典型的に、多相流は蒸気、液体、及び固体成分を含む。多相の存在は、配管、計器又はプロセス装置の汚染を招き、且つ/又は望ましくない流れ特性(すなわち詰まり又は層化流)を生成することがある。これらの望ましくない流れ条件は排気洗浄システムを含む下流の装置を損傷するであろう。さらに、多相流の腐食性質は、同様に下流の装置への悪影響に加担するであろう。原料流20、30の処理チャンバ4、5での圧力が、分離器40に関する圧力の予め定めた値よりも超えるので、高圧バルブの下流の、得られる低圧の二酸化炭素、共溶媒、及び汚染物含有流22、23の各々は、中間圧力分離器40へ送られる。予め定めた圧力差は約0〜約50psigであることが好ましい。予め定めた圧力差は約2psigであることが最も好ましい。
処理手段10を出る二酸化炭素、共溶媒、及び汚染物含有流20、30は、中間圧力分離器40を利用して、中間圧力の二酸化炭素に富む蒸気流42、及び中間圧力の共溶媒と汚染物に富む液体流43へ分離される。本明細書に用いられる用語の蒸気流及び液体流は、当業者であれば、それぞれ少なくとも50質量パーセントの蒸気と液体の相を意味することを容易に理解するであろう。さらに、圧力分離器40は、単一相分離器又は多相流を分離することのできる多段分離器とすることができることを理解するであろう。多段分離器の例は還流凝縮器である。
Carbon dioxide, co-solvent, and contaminant-containing
汚染物液体流43中に放出される二酸化炭素の量は、中間圧力相分離器40を典型的に約−100°F〜200°Fの範囲の温度に加熱することによって制御することができる。分離器の運転温度は32°F〜120°Fであることが好ましい。分離器の発生温度は50°F〜120°Fであることが最も好ましい。さらに、中間相分離器40に関する圧力は、中間圧力の二酸化炭素に富む蒸気流42が、中間分離器40を出る蒸気流42を圧縮する必要なしに、さらに精製手段80、83へ送ることができるように選択される。典型的に、中間分離器40は約200〜900psigの範囲、さらに好ましくは約250〜450psigの圧力で運転される。
The amount of carbon dioxide released into the contaminant liquid stream 43 can be controlled by heating the intermediate
処理チャンバ4、5の圧力は処理手段が大気圧に戻ると低下し、したがって、中間分離器40へ運ばれた原料流20、30の圧力は低下する。流れ20、30と中間圧力分離器40の間の圧力差が予め定めた値(例えば2psig)に到達すると、高圧バルブ21、31は閉じ、低圧バルブ24、34は開く。低圧力の二酸化炭素、共溶媒及び汚染物含有流25、35は低圧力分離器50へ送られ、低圧力の共溶媒及び汚染物に富む液体流53及び低圧力の二酸化炭素に富む蒸気流52を発生する。低圧力分離器50は典型的に処理手段が完全に減圧されるようにほぼ大気圧で運転される。汚染物液体流53中に放出される二酸化炭素の量は、低圧力の相分離器50を典型的に約−100°F〜200°Fの範囲の温度に加熱することによって制御することができる。分離器の運転温度は32°F〜120°Fであることが好ましい。分離器の運転温度は50°F〜120°Fであることが最も好ましい。低圧力分離器50を出る低圧力の共溶媒及び汚染物に富む液体流53は、収集ドラム63などの廃棄物に運び、低圧力の二酸化炭素に富む蒸気流は一連のコアレッサ(coalescer)60へ運ぶことができ、蒸気流に捕捉されたあらゆるエアゾールが除去される。
The pressure in the
この好ましい実施形態は、低圧の二酸化炭素、共溶媒及び汚染物流22、32を中間圧力分離器又は低圧力分離器へ運ぶ基準として圧力差を用いるが、他の因子を用いることができる。それらの代替の因子の例は、流れ22、23に関する圧力、温度、又は流量、及び中間圧力分離器又は処理手段に関する圧力若しくは温度を含む。圧力、温度又は流量を用いて処理手段と中間分離器の差を計算することができる。代りに、処理手段の減圧時間又は圧力低下の速度又は温度上昇速度を用いて、流れ22、23を中間又は低圧分離器へ送るかどうかを決定することができる。これらの計算の全ては、測定量として流量、温度、圧力又は時間を用い、適切な切り換え点を決定するのに利用される。
Although this preferred embodiment uses the pressure differential as a basis for carrying the low pressure carbon dioxide, co-solvent and contaminated
コアレッサ60に捕捉されたエアゾールは廃棄物収集ドラム63に送ることができ、回収された蒸気はさらなる精製のため排気洗浄システムへ送ることができる。
The aerosol captured by the
中間圧力分離器40を出る中間圧力の共溶媒及び汚染物に富む液体流43を低圧力分離器50へ送ることができ、低圧力分離器は汚染物に富む蒸気流43を低圧力の酸化炭素に富む蒸気流52と低圧力の共溶媒及び汚染物に富む液体流53へさらに分離することが好ましい。低圧力の共溶媒及び汚染物に富む液体流53は廃棄物収集ドラム63へ送ることができる。
An intermediate pressure co-solvent and contaminant rich liquid stream 43 exiting the
本発明の一態様によれば、処理手段を、圧力、温度又は流量など、この流れに関するプロセスパラメータの操作によって運転する間、中間圧力の二酸化炭素に富む蒸気流42に関する流量44は比較的固定された値に保たれる。例えば、処理手段の運転中に、中間圧力の二酸化炭素に富む蒸気流42中に配置されたバルブ45を操作して、この流れに配置された流れ測定デバイス44の一定の流量読み取り値を維持することができる。このようにして、中間圧力容器40の圧力は変動するであろうが、その出力流量は一定に保たれるであろう。
According to one aspect of the invention, the
中間圧力分離器40を出る中間圧力の二酸化炭素に富む蒸気流42をさらに精製して、蒸気流中の酸や塩基など腐食性で毒性のある有害な物質を除去し、他の装置への安全な移動を容易にすることができる。可能性のあるさらなる精製手段は、反応、蒸留、相分離器、濾過、吸着、吸収又は合体(coalescence)を含む。例えば、酸が存在すれば、蒸気流42は、蒸気流42を反応手段74へ運ぶ前に、熱交換器70及び任意選択的にトリムヒーター72を利用して予備加熱することができる。当業者であれば、石灰石又はアルミナ床を含む従来の中和手段を利用できることを理解するであろう。
The intermediate pressure carbon dioxide
反応器手段74を出る中和された流れ75は、フィルター76を通過させ、流れに捕捉された粒子を除去する。続いて、中和された流れ75は熱交換器70を通って運ばれ、典型的に約50°F〜200°Fの範囲の温度に冷却される。次いで、中和された流れは、CO2と異なる蒸気圧を有する、水、炭化水素及び他の汚染物などのあらゆる残留物質を除去するであろうさらなる精製手段80へ運ぶことができる。それらのさらなる精製手段は、「中央CO2精製器(Central CO2 Purifier)」及び「超臨界二酸化炭素の再循環(Recycle for Supercritical Carbon Dioxide)」、代理人整理番号3011.1003−001及び3011.004−001に開示されており、その全体は参照により本明細書に組み込まれている。これらの出願に示されているように、第2のさらなる精製手段80は、他の手段からの二酸化炭素流81を処理し、次いで二酸化炭素流82を他の処理手段へ配分するように、汎用性がある。
The neutralized
二酸化炭素流78がさらに精製されると、運転級の精製二酸化炭素流1が形成され、処理手段10へ再循環して戻される。典型的に、精製二酸化炭素流1は10ppm未満の不純物を含み、1ppm未満の不純物が最も好ましい。
As the
前述のように、処理手段10はバッチ式又は不連続的に運転される。したがって、多相流20、30の温度と圧力は大きく変動する。蒸留カラム、熱交換器及び切り換え式床吸着システムなど、多くの二酸化炭素精製及び再循環システムの構成要素は、流れ特性が不十分であれば運転が非常に不完全であり、或いは全く機能しない。さらなる精製システムに関するプロセスパラメータ及び構成を変化させて、そのシステムで一定の流量を維持することができる。代りに、運転級の精製二酸化炭素11の迂回流を再循環ラインから取り除いて中間圧力分離器40へ運び、二酸化炭素に富む蒸気流42が連続的に精製ユニットへ供給されることを確実にすることができる。任意選択的に、迂回流11は、中間圧力分離器40を迂回して、二酸化炭素に富む蒸気流42へ直接運ぶことができる。
As described above, the processing means 10 is operated batchwise or discontinuously. Therefore, the temperature and pressure of the multiphase flows 20 and 30 vary greatly. Many carbon dioxide purification and recirculation system components, such as distillation columns, heat exchangers, and switched bed adsorption systems, perform very poorly or do not function at all if the flow characteristics are insufficient. Process parameters and configurations for further purification systems can be varied to maintain a constant flow rate in the system. Instead, a bypass stream of operational grade purified
精製二酸化炭素流11を迂回させるさらなる利点は、それが連続的な流量を提供し、それによって二酸化炭素が処理手段の供給ライン中で停滞するのを防止することである。停滞した二酸化炭素はエラストマー又は他の粒子を滲出させてプロセスラインからの汚染物を発生させ、それらを濃縮して処理手段中に堆積させることがある。また、迂回させた液体二酸化炭素11は、処理手段の下流の汚染されたラインを、それらの汚染が起きた場合に、清浄化することができよう。
A further advantage of bypassing the purified
実際には、チャンバ及び/又は手段の運転の時を指定して、汚染された流れを放出するチャンバ及び/又は手段の数を最小にすることができる。 In practice, the time of operation of the chambers and / or means can be specified to minimize the number of chambers and / or means that discharge contaminated flow.
本発明の他の態様において、2つのシステムが並列に設けられ、精製二酸化炭素に続いて少なくとも2種の分離した共溶媒流が処理手段に加えられる。並列の分離システムの使用は、例えば、共溶媒が収集され再循環されるならば、若しくは使用する共溶媒が互いに相溶性がなければ、有利である。図2を参照すれば、共溶媒及び汚染物のない二酸化炭素流1と共に第1の共溶媒2が処理手段10に加えられる。その中に共溶媒2を含む汚染流20、30は、中間圧分離器40及び/又は低圧分離器50へ運ばれ、上述のようにして処理される。
In another aspect of the invention, two systems are provided in parallel, and purified carbon dioxide is followed by at least two separate cosolvent streams added to the treatment means. The use of a parallel separation system is advantageous, for example, if the cosolvent is collected and recycled, or if the cosolvents used are not compatible with each other. Referring to FIG. 2, a
続いて第2の共溶媒3が共溶媒及び汚染物のない二酸化炭素流1と共に処理手段10に加えられる。
Subsequently, a
その中に共溶媒3を含む汚染流又は源流20、30は処理手段から排気される。これらの流れは第2の中間圧力分離器120又は第2の低圧力分離器130へ運ばれる。この構成の利点のひとつは、第2の廃棄物収集ドラム143に集められるであろう第2の共溶媒3とは独立に、第1の共溶媒2を廃棄物収集ドラム63に集めることができることである。その中に共溶媒2を有する汚染流20、30は、本発明の第1態様を参照して上述のようにして処理される。
The contaminated stream or
図2に示したように、この実施形態において、その中に共溶媒3を有する汚染物含有流20、30は処理手段10を出る。当初、流れ20、30は処理手段の運転圧力、例えば2000psigである。汚染物含有流は処理手段10を減圧するために高圧バルブ100、110を通過させる。
As shown in FIG. 2, in this embodiment, a contaminant-containing
得られる多相二酸化炭素、共溶媒及び汚染物含有流101、111は、処理チャンバ4、5での源流20、30の圧力が分離器120に関して予め定めた圧力を超えるので、第2の中間圧分離器120へ運ばれる。予め定めた値は約2psigであることが好ましい。
The resulting multiphase carbon dioxide, co-solvent and contaminant-containing
第2の中間圧力分離器120を用いて、処理手段10を出る汚染物含有流20、30を中間圧力の二酸化炭素に富む蒸気流122と中間圧力の共溶媒及び汚染物に富む液体流123へ分離する。この中間圧力分離器120は分離器へエネルギーを送達するためのヒーター121を含むことができる。すなわち、分離器120へ送達されたエネルギーは、共溶媒及び汚染物に富む液体流123の損失である二酸化炭素の量を制御する。
Using the second intermediate pressure separator 120, the pollutant-containing
中間圧力分離器120に関する圧力は、分離器120からの中間圧力の二酸化炭素に富む蒸気流122を、中間圧力の二酸化炭素に富む蒸気流122を圧縮することなくさらなる精製手段80、83によって精製することができるように選択される。中間圧力分離器に関する典型的な圧力は300psigである。
The pressure associated with the intermediate pressure separator 120 purifies the intermediate pressure carbon dioxide
汚染物含有流20、30の圧力が低下すると、処理手段での流れの圧力は第2の中間圧力分離器120内の圧力に近づく。これらの値の差が予め定めた値(例えば2psig)に達すると、高圧バルブ100、110は閉じ、低圧バルブ102、112は開く。得られるさらに低圧の二酸化炭素、共溶媒、及び汚染物含有流103、113は第2の低圧力分離器130へ運ばれる。
As the pressure of the contaminant-containing
また、第2の中間圧力分離器120を出る中間圧力の共溶媒及び汚染物に富む液体流123は、汚染物に富む液体流を低圧力の二酸化炭素に富む蒸気流132と低圧力の共溶媒及び汚染物液体流133にさらに分離する、第2の低圧力分離器130へ運ぶことができる。低圧力の共溶媒及び汚染物に富む液体流133は廃棄物収集ドラム143へ運ぶことができる。
Also, the intermediate pressure co-solvent and contaminant rich
低圧力の二酸化炭素に富む蒸気流132は第2の一連のコアレッサ140へ運ぶことができ、エアゾールが除去される。捕捉されたエアゾール142は同様に廃棄物収集ドラム143へ排出することができる。第2コアレッサ141を離れる蒸気は排気洗浄システムへ運ばれる。
The low pressure carbon dioxide
所望するならば、中間圧力の二酸化炭素に富む蒸気流122に関する流れ124は、処理手段を運転する間、圧力、温度又は流量など、この流れに関するプロセスパラメータを操作することによって、比較的固定された値に保つことができる。例えば、中間圧力の二酸化炭素に富む蒸気流122の中に配置されたバルブ(図示せず)を操作して、この流れの中に配置された流量測定デバイス124の流量読み取り値を一定に維持することができる。このようにして、中間圧力容器120の圧力は変動するが、その出力流量は比較的一定に保たれるであろう。
If desired, the
さらに、所望するならば、精製された二酸化炭素のいくらかを処理手段10の周りに通過させることによって一定の流量を維持することができる。迂回流14は、流れ12によって、第2の中間圧力分離器120又は中間分離器120の下流点のいずれかへ運ぶことができ、二酸化炭素に富む蒸気122を連続的に供給することが保証される。
Further, if desired, a constant flow rate can be maintained by passing some of the purified carbon dioxide around the treatment means 10. The diverted
中間圧力の二酸化炭素に富む蒸気流122は第1の中間圧力分離器40を出る二酸化炭素に富む流れと結合させてさらに予備処理を行い、上述のように、この流れをさらなる精製手段83及び第2のさらなる精製手段80を通過させることによって、例えば腐食性で毒性のある有害な物質を除去することができる。代わりに、これらの流れはそれ自体の分離した第1の精製手段を通過させた後、しかし第2精製手段の前に結合することができる。所望するならば、第2コアレッサ140を離れる蒸気流141は第1コアレッサを離れる蒸気流61と混合することができる。
The intermediate pressure carbon dioxide
本発明をその特定の実施形態を参照して詳細に説明したが、当業者であれば、添付の請求項の範囲から逸脱することなく、様々な変更と修正を行うことができ、等価のものを使用できることは明らかであろう。 Although the invention has been described in detail with reference to specific embodiments thereof, those skilled in the art can make various changes and modifications without departing from the scope of the appended claims. It will be apparent that can be used.
Claims (2)
(a)1種又は複数種の第1の共溶媒及び精製二酸化炭素を処理手段へ供給し、前記処理手段中に第1の汚染流を形成するステップと、
(b)多相の形態の前記第1の汚染流を、第1の中間又は低圧力分離器へ運び、前記第1の汚染流を第1の二酸化炭素に富む蒸気流及び第1の共溶媒と第1の汚染物に富む液体流へ分離するステップであって、まず前記第1の汚染流を前記第1の中間圧力分離器へ運び、前記バッチ式処理手段と前記第1の中間圧力分離器との間の第1の圧力差が第1の予め定めた値に到達すると、前記第1の汚染流を前記第1の中間圧力分離器に代えて前記第1の低圧力分離器へ運ぶステップと、
(c)第2の共溶媒及び精製二酸化炭素を前記処理手段へ供給し、前記処理手段中で第2の汚染流を形成するステップと、
(d)多相の形態の前記第2の汚染流を第2の中間又は低圧力分離器へ運び、前記第2の汚染流を第2の二酸化炭素に富む蒸気流及び第2の共溶媒と第2の汚染物に富む液体流へ分離するステップであって、まず前記第2の汚染流を前記第2の中間圧力分離器へ運び、前記バッチ式処理手段と前記第2の中間圧力分離器との間の第2の圧力差が第2の予め定めた値に到達すると、前記第2の汚染流を前記第2の中間圧力分離器に代えて前記第2の低圧力分離器へ運ぶステップとを含み、
前記第1及び第2の中間圧力分離器はゲージ圧1.38〜6.21MPa(200〜900psig)の範囲の圧力で運転され、前記第1及び第2の低圧力分離器は大気圧で運転される方法。A method for purifying at least one carbon dioxide-containing stream from a batch process means comprising:
(A) supplying one or more first co-solvents and purified carbon dioxide to the processing means to form a first contaminated stream in the processing means;
(B) carrying the first contaminated stream in multiphase form to a first intermediate or low pressure separator, wherein the first contaminated stream is a first carbon dioxide rich vapor stream and a first co-solvent; When a step of separating the liquid stream enriched in the first contaminants, firstly said first contaminant stream carries the to the first intermediate pressure separator wherein the first intermediate pressure separated from the batch type processing means When the first pressure difference with the vessel reaches a first predetermined value, the first contaminated stream is transferred to the first low pressure separator instead of the first intermediate pressure separator. Steps ,
(C) supplying a second co-solvent and purified carbon dioxide to the processing means to form a second contaminated stream in the processing means;
(D) transporting said second contaminated stream in multiphase form to a second intermediate or low pressure separator, said second contaminated stream being a second carbon dioxide rich vapor stream and a second co-solvent; Separating into a second pollutant rich liquid stream , first transporting said second contaminated stream to said second intermediate pressure separator, said batch processing means and said second intermediate pressure separator; Carrying the second contaminated stream to the second low pressure separator instead of the second intermediate pressure separator when a second pressure difference between the first and second pressure values reaches a second predetermined value. Including
The first and second intermediate pressure separators are operated at pressures ranging from 1.38 to 6.21 MPa (200 to 900 psig), and the first and second low pressure separators are operated at atmospheric pressure. How to be.
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